Ett foder av flytande nanoskum som testas kan förlänga säker användning av fotbollshjälmar, säger en forskare från Michigan State University.

När en hjälm motstår ett slag som är tillräckligt allvarligt för att orsaka hjärnskakning hos spelaren som bär den, säkerhetsfunktionerna på hjälmen äventyras, gör utrustning osäker för vidare användning, sa MSU:s Weiyi Lu, en MSU biträdande professor i civil- och miljöteknik.

Lu har testat ett flytande nanoskummaterial som kan ändra det och forskningen publicerades den 13 oktober i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Materialet är fullt av små nanoporer. "Pordiametrarna är mellan två och 200 nanometer och det skapar en stor mängd ytarea, "Sa Lu. "Hela området av MSU:s Spartan Stadium kunde vikas ihop till ett gram nanoskum."

Vanligtvis, materialet är styvt och tillsats av vätska skulle fylla hålen. För att fixa detta, Lu och hans team täckte nanoporerna med ett hydrofobt eller vattenavvisande silikonskikt tillverkat av en organisk silylkedja som förhindrar att vätska absorberas av materialet. Som ett resultat, saltvattenvätskan inuti nanoskummaterialet blir trycksatt vid en kollision.

"När trycket når säkerhetströskeln, joner och vatten tvingas in i nanoporerna vilket gör materialet deformerbart för effektivt skydd. Dessutom, det vätskeliknande materialet är tillräckligt böjligt för att formas till vilken form som helst, " sa han. "Hjälmar är i stort sett en form men det flytande nanoskummaterialet kan göras för att passa en persons specifika huvudform eller profil."

I tidiga laboratorietester, Lu och hans team jämförde en åttonde-tums flytande nanofoam-foder med den tre kvarts-tums bit av fast skum som traditionellt används i hjälmar. Båda materialen slogs med en massa på fem kilo (den ungefärliga vikten av ett människohuvud) med tre meter per sekund. Även om båda materialen deformerades av stöten, det flytande nanoskummet återhämtade sig mellan testets kontinuerliga stötar och det fasta skummet gjorde det inte.

"Det flytande nanoskummet överträffade det fasta skummet, ", sa Lu. "Nanoskummet kunde mildra kontinuerliga flera stötar utan skador; resultaten var identiska från test ett till test 10."

En flytande nanofoam liner skulle vara tunnare och mindre skrymmande inuti en hjälm. Och eftersom fodret kan motstå flera kraftiga slagkrafter, fodret skulle inte behöva bytas ut efter en kollision med hög påverkan om inte hjälmskalet var skadat." En hjälm som säkert kan återanvändas är en stor fördel, " sa han. "Vi skulle älska att se en flytande nanofoam liner i MSU fotbollshjälmar i framtiden."

Lu föreställer sig flera framtida tillämpningar av det flytande nanoskummaterialet utöver fotbolls- och militärhjälmar. Materialet kan också användas i passiva säkerhetsanordningar såsom bilkrockkuddar och stötfångare. Det flytande nanoskummet skulle till och med kunna användas för att skydda människor och byggnader från jordbävningsvibrationer.

Nästa steg av forskning kommer att fokusera på mer dynamiska studier som kommer att testa snabbare och mer intensiva effekter som effekterna av en bombexplosion, sa Lu. "Vi vill att det här materialet inte bara ska hjälpa till att förlänga människors liv utan att förbättra deras livskvalitet."